(57)【要約】【課題】            液体の存在する反応器に常圧で粒子を導入する方法であって、反応器の外部に粒子が散逸することなく、しかも、反応器内部に粒子が付着することもなく粒子を完全に導入することができる粒子導入装置を提供する。【解決手段】        反応器（１）、貯槽（１１）、粒子投入口（１２）、配管（１３）、配管（１４）及び配管（１５）を具備し、貯槽（１１）には粒子投入口（１２）が設けられ、貯槽（１１）には配管（１３）及び配管（１４）が接合され、貯槽（１１）及び／又は配管（１４）には配管（１５）が接合され、反応器（１）と貯槽（１１）とは配管（１３）を介して接合される装置であって、粒子投入口（１２）から貯槽（１１）に投入された粒子と、配管（１４）から供給される液体と、配管（１５）から供給される気体とが、貯槽（１１）にて混合され、配管（１３）を経由して反応器（１）に粒子が導入される粒子導入装置。【選択図】          図１
2005095860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器（１）に常圧で粒子を導入する装置であって、粒子を受け入れる中空部（１１）と、該中空部に粒子を投入し得る粒子投入口（１２）と、粒子、気体及び液体の混合物を反応器（１）に導入する配管（１３）と、液体を供給する配管（１４）と、気体を供給する配管（１５）とを具備し、中空部（１１）に配管（１３）と配管（１４）がそれぞれ接合されており、中空部（１１）及び／又は配管（１４）に配管（１５）が接合している粒子導入装置。
【請求項２】
粒子、気体及び液体の混合物を反応器に導入する配管（１３）と、粒子を受け入れる中空部（１１）と、液体を供給する配管（１４）とが順次、垂直方向に接合しており、中空部（１１）と配管（１４）との間に仕切り弁（１６）を有する請求項１に記載の粒子導入装置。
【請求項３】
前記粒子導入装置に具備された配管（１３）と反応器（１）とが接合しており、前記粒子導入装置に具備された配管（１４）と反応器（１）から液体を供給する配管（１７）とが、循環ポンプ（２）を介して接合している反応装置。
【請求項４】
粒子を受け入れる中空部（１１）と、該中空部に粒子を投入し得る粒子投入口（１２）と、粒子、気体及び液体の混合物を反応器（１）に導入する配管（１３）と、液体を供給する配管（１４）と、気体を供給する配管（１５）とを具備し、中空部（１１）に配管（１３）と配管（１４）がそれぞれ接合されており、中空部（１１）及び／又は配管（１４）に配管（１５）が接合している粒子導入装置を用いて、液体の存在する反応器に常圧で粒子の導入する方法であって、前記粒子導入装置の中空部（１１）における気体及び液体の混合物の見かけ流速を、式（Ｉ）で表される粒子の終末沈降速度Vｔ以上に調整することを特徴とする粒子の導入方法。
ここで、見かけ流速とは、気体及び液体の混合物の流量[kg/m3]を中空部（１１）の断面積[m２]で除した値を意味する。
Vt  ＝  (ρp−ρ)・x2・g/18μ    （Ｉ）
（式中、Vtは終末沈降速度[m/s]を表し、ρpは粒子密度[kg/m3]を表し、ρは液体密度[kg/m3]を表し、xは粒子径[m]を表し、gは重力加速度[m/s2]を表し、μは粘度[Pa・s]を表す。）
【請求項５】
粒子に対して難溶な液体を用いることを特徴とする請求項４に記載の粒子の導入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の存在する反応器に常圧で粒子を導入する粒子導入装置および粒子の導入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業的な製造方法において、液体の存在する反応器に粒子を導入する方法としては、粒子を反応器に直接、投入する方法や、粒子を予め、別な液体に粒子を溶解したのち、溶解液を反応器に仕込む方法が汎用されている。
しかしながら、前者の方法では、粒子が微粉であると投入する際に反応器内外に浮遊し、外部に浮遊すれば粒子が散逸してしまうという問題があり、内部に浮遊すれば、反応器の液体中ではなく、反応器の上部に付着して所望の仕込量で操作できないとか、その付着物が反応途中に液体に落下して局所的に反応が進行するという問題があった。さらに、粒子を反応器に直接、投入した際に静電気が生じ、液体や反応器を帯電させないような措置を講じる必要があった。また、後者の方法では、粒子が液体に完全に溶解する場合は問題ないが、粒子が液体に完全に溶解しない場合、粒子がダマになり、粒子を全量、正確に仕込むことは困難になる場合がある。
最近、液体の存在する反応器に、完全に溶解しない粒子を仕込む方法として、粒子を真空吸引力で導入する方法が特許文献１に報告されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−５１６８０号公報（［請求項１］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の方法では真空装置が必要な上、吸引が困難な大きな粒子状の粒子については、適用が困難であった。
本発明の目的は、液体の存在する反応器に常圧で粒子を導入する方法であって、反応器の外部に粒子が散逸することなく、しかも、反応器内部に粒子が付着することもなく粒子を完全に導入することができる方法、および粒子導入装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の発明は、反応器（１）に常圧で粒子を導入する装置であって、粒子を受け入れる中空部（１１）と、該中空部に粒子を投入し得る粒子投入口（１２）と、粒子、気体及び液体の混合物を反応器（１）に導入する配管（１３）と、液体を供給する配管（１４）と、気体を供給する配管（１５）とを具備し、中空部（１１）に配管（１３）と配管（１４）がそれぞれ接合されており、中空部（１１）及び／又は配管（１４）に配管（１５）が接合している粒子導入装置である。
【０００６】
中でも、粒子、気体及び液体の混合物を反応器に導入する配管（１３）と、粒子を受け入れる中空部（１１）と、液体を供給する配管（１４）とが順次、垂直方向に接合しており、中空部（１１）と配管（１４）との間に仕切り弁（１６）を有する粒子導入装置が、粒子と気体及び液体の混合物を中空部から反応器に導入する際、中空部（１１）、配管（１３）及び（１４）が該混合物によって閉塞することを抑制する傾向にあることから好ましい。
【０００７】
第２の発明は、前記粒子導入装置に具備された配管（１３）と反応器（１）とが接合しており、前記粒子導入装置に具備された配管（１４）と反応器（１）から液体を供給する配管（１７）とが、循環ポンプ（２）を介して接合している反応装置である。
【０００８】
第３の発明は、液体の存在する反応器に常圧で粒子の導入する方法であって、前記粒子導入装置の中空部（１１）における気体及び液体の混合物の見かけ流速を、式（Ｉ）で表される粒子の終末沈降速度Vｔ以上に調整することを特徴とする粒子の導入方法である。
ここで、見かけ流速とは、気体及び液体の混合物の流量[kg/m3]を中空部（１１）の断面積[m２]で除した値を意味する。
Vt  ＝  (ρp−ρ)・x2・g/18μ    （Ｉ）
（式中、Vtは終末沈降速度[m/s]を表し、ρpは粒子密度[kg/m3]を表し、ρは液体密度[kg/m3]を表し、xは粒子径[m]を表し、gは重力加速度[m/s2]を表し、μは粘度[Pa・s]を表す。）
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡便な装置で、反応器の外部に粒子が散逸することなく、しかも、反応器内部に粒子が付着することのなく粒子を完全に反応器に導入することができる。また、導入する粒子の静電気の発生を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の一態様である図１及び図２に基づいて説明する。以下の説明で（  ）内の数字は、図１及び図２の番号に対応する。
図１は、粒子導入装置の断面図である。
粒子を受け入れる中空部（１１）には、粒子、気体及び液体の混合物を反応器に導入する配管（１３）および液体を供給する配管（１４）が接合されており、これらは水平に接合されていても垂直に接合されていてもよいが、好ましくは、図１の如く、配管（１３）と、中空部（１１）と、配管（１４）とが上から順次、垂直方向に接合されている装置が、中空部（１１）において粒子、気体及び液体の混合物を一層混合させ、中空部（１１）および配管（１３）の閉塞を抑制する傾向にあることから好ましい。
【００１１】
本発明の粒子の導入方法は、配管（１４）から液体が供給され、配管（１５）から気体が供給されて、中空部（１１）にて粒子、気体及び液体が混合され、次いで、配管（１３）を経由して反応器（１）に粒子が導入される方法である。
配管（１５）は配管（１４）及び／又は中空部（１１）に接合されているが、図１の如く、配管（１４）に接合されていると、中空部（１１）に気体及び液体の混合物が供給され、中空部（１１）における粒子、気体及び液体を一層混合させ、中空部（１１）および配管（１３）の閉塞を抑制する傾向にあることから好ましい。
【００１２】
粒子が比較的大きくて、中空部（１１）の外部に散逸するおそれがない場合や、粒子が大気中の酸素や水分に影響しないものであれば、粒子投入口（１２）は開放されていてもよいが、通常、埃などの異物の導入を避けるために図１の如く、蓋体を有する。
【００１３】
中空部（１１）の大きさは粒子を受け入れるのに十分な容量であり、通常、配管（１３）および（１４）と同じ径か、それ以上の径である。中でも、配管（１３）の径の２倍以内であると、中空部（１１）および配管（１３）の閉塞を抑制する傾向にあることから好ましい。
中空部（１１）の径が配管（１３）や（１４）の径よりも大きい場合には、中空部（１１）の底部を粒子が滞留しない形状とすることが好ましい。粒子が滞留しない底部の形状として、鏡板やコニカルが例示される。
【００１４】
粒子が中空部（１１）から液体を供給する配管（１４）に侵入しないように、中空部（１１）と配管（１４）とは、仕切り弁（１６）を介して接合されることが好ましい。
仕切り弁としては、例えば、ボール弁、ダイヤフラム弁、ピンチ弁、バタフライ弁、フラアット弁、フート弁、ストップ逆止弁、ボール逆止弁、スイング逆止弁、リフト逆止弁、メインコック、Y型弁、玉形弁などが挙げられ、中でもボール弁が、取扱いの面から好ましい。
【００１５】
本発明の粒子導入装置と反応器とは、例えば、図２のように接合される。すなわち、前記配管（１３）と反応器（１）とが接合しており、前記配管（１４）と「反応器（１）から液体を供給する配管（１７）」とが、循環ポンプ（２）を介して接合している。そして、反応器内の液体は、配管（１７）を経由して循環ポンプ（２）から配管（１４）に供給される。配管（１５）から気体が配管（１４）に供給される。中空部（１１）で生成した「粒子、気体及び液体の混合物」は、配管（１３）から反応器（１）に導入される。
また、配管（１７）が反応器（１）とは異なる液体タンク（３）等に接合されていてもよい（図３）。この場合、液体タンク（３）の液体は、反応器（１）に受け入れ得る液体であれば、異なる種類であってもよい。
【００１６】
粒子導入装置の中空部（１１）における気体及び液体の混合物の見かけ流速としては、式（Ｉ）で表される粒子の終末沈降速度Vｔ以上、好ましくはVｔの１〜３０倍程度となるように調整することが好ましい。
ここで、見かけ流速とは、気体及び液体の混合物の流量[kg/m3]を中空部（１１）の断面積[m２]で除した値を意味する。
Vt  ＝  (ρp−ρ)・x2・g/18μ    （Ｉ）
（式中、Vtは終末沈降速度[m/s]を表し、ρpは粒子密度[kg/m3]を表し、ρは液体密度[kg/m3]を表し、xは粒子径[m]を表し、gは重力加速度[m/s2]を表し、μは粘度[Pa・s]を表す。）
尚、粒子径[m]は、S/Malvern  insruments社のマスターサイザーを用いて粒径分布を求め、その粒径分布の９９%体積粒子径とした。
【００１７】
具体的には、粒子がセルロース濾過助剤（登録商標、KCフロック、日本製紙社製）（ρp＝１５３７[kg/m3]、x＝１０３．６×１０−６[m]）であり、液体が水（μ＝０．００１[Pa・s]）である場合を例に取ると、Vt＝０．００３[m/s]であることから、中空部における気体及び液体の混合物の見かけ速度を０．００３[m/s]以上、好ましくは０．００３〜０．０９[m/s]程度に調整すればよい。
尚、中空部においては、粒子、気体及び液体の混合物になることから気体及び液体の混合物の見かけ速度を測定することは困難であるから、通常、配管（１４）における液体の供給流量[m3/ｓ]と配管（１５）における気体の供給流量[m3/ｓ]の合計を中空部（１１）の断面積[ｍ2]で除した値によって求めることができる。
【００１８】
本発明に用いられる粒子径としては、通常、０．１μｍ〜１ｃｍ程度、好ましくは、１μｍ〜３ｍｍ程度である。粒子の嵩密度としては、液体によって流通させることができる程度の密度であり、具体的には、１０〜１００００[kg/m3]程度である。
【００１９】
具体的な粒子として、水酸化亜鉛、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化バリウム等の水酸化物；（重）炭酸カルウム、（重）炭酸ナトリウム、炭酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸アルミニウム、炭酸バリウム等の炭酸塩；塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウムなどのハロゲン化物；シリカ、アルミナなどの酸化物；水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素エチルリチウム（Li(C2H5)3BH）、水素化リチウムアルミニウム、水素化トリ−ｔ−ブトキシアルミニウムリチウム（LiAl(O-t-C4H9)3H）、水素化トリメトキシアルミニウムリチウム（LiAl(OCH3)3H）、水素化アルミニウム（AlH3）などの錯金属水素化物（Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｍｅｔａｌ  Ｈｙｄｒｉｄｅ）等の無機化合物が挙げられる。  また、ナトリウムメトキシド、リチウムメトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、リチウムエトキシド、カリウムエトキシド、ナトリウム t-ブトキシド、リチウム t-ブトキシド、カリウム t-ブトキシドなどのアルカリ金属アルコキシド；アジピン酸、テレフタル酸などの有機カルボン酸；有機スルホン酸、有機アミン、及び、これらの誘導体（例えば、カルボン酸の金属塩、カルボン酸のアンモニウム塩、カルボン酸のアミン塩、カルボン酸エステル、カルボン酸無水物、カルボン酸アミド、スルホン酸の金属塩、スルホン酸のアンモニウム塩、スルホン酸アミド、アミンの鉱酸塩及び４級アンモニウム塩等）等の有機化合物が挙げられる。
【００２０】
本発明に用いられる液体としては、粒子に対して、難溶、且つ、非反応性の溶媒であることが好ましく、粒子が無機化合物である場合、例えば、芳香族炭化水素類（ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等）、エーテル類（メトキシベンゼン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等）、エステル類（酢酸エチル、乳酸エチル、安息香酸メチル等）、ケトン類（アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトフェノン、シクロヘキサノン等）、ハロゲン化炭化水素（モノクロルベンゼン、ジクロルベンゼン、塩化メチレン、エチレンジクロリド等）、脂肪族炭化水素類（ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、シクロヘキサン等）、アルコール類（メタノール、エタノール、ｉ−プロピルアルコール、エチレンジグリコール等）等があげられる。
【００２１】
粒子と液体の組み合わせとしては、粒子が液体に難溶であることが、配管の閉塞や粒子の付着が防止できる傾向にあることから好ましい。
具体的には、粒子がセルロース濾過助剤である場合、液体としては水であることが好ましい。
また、粒子が水に難溶、且つ、非反応性の有機化合物であれば、水を使用すればよいが、粒子がカルボン酸等の塩やアルカリ金属アルコキシドである場合は、芳香族炭化水素類、エーテル類、ケトン類、脂肪族炭化水素類等が好適に用いられる。
さらに、粒子が反応で使用される基質や触媒である場合、液体としては反応で使用する溶媒であることが好ましい。
【００２２】
液体として、水道水、工業用水、純水、蒸留水、イオン交換水などの水；硫酸、塩酸、リン酸、酢酸などの酸溶液；水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリ水溶液などを用いてもよい。
液体として二種以上の物質を組み合わせてよく、例えば、アセトン水、メタノール水、イソプロピルアルコール水、テトラヒドロフラン水、ジオキサン水など混和液等が挙げられる。
【００２３】
本発明で用いられる気体としては、粒子を導入する操作において気体であり、好ましくは、粒子及び液体に対して不活性な気体が好ましい。具体的には、窒素、二酸化炭素、酸素、水素、ヘリウム、アルゴン等が例示される。気体として空気など二種以上の物質を組み合わせてもよい。中でも、窒素、二酸化炭素が不燃性であることから好ましい。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例を挙げて、本発明を説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。
【００２５】
（実施例１）
底面がコニカルで内径が２０８ｍｍ、高さ７００ｍｍの中空部に、セルロース濾過助剤（登録商標、KCフロック、日本製紙社製）を２．１ｋｇ投入し、水、窒素の気体及び液体の混合物を中空部の下部より供給した。水、窒素の供給流量は、それぞれ、２７L／min、３０L／minであった。
水中のセルロース濾過助剤の終末沈降速度Vｔ[m／s]は、式（I）より、０．００３m／ｓであり、中空部での気体及び液体の混合物の見掛け速度は、式（II）より、０．０２８ｍ／ｓであった。
中空部への気体及び液体の混合物の総供給量は、水、窒素、それぞれ５４１Lであった。気体及び液体の混合物の供給停止後に、中空部内に残存するセルロースを取り出して、乾燥操作を行い、残存セルロースの重量を測定し、式（III）より、移送率を求めたところ、９９.９%であった。
尚、反応器（１）にもセルロース濾過助剤の付着は認められなかった。
【００２６】
Vt  ＝  (ρp−ρ)・x2・g/18μ    （Ｉ）
（式中、Vtは終末沈降速度[m/s]を表し、ρpは粒子密度[kg/m3]を表し、ρは液体密度[kg/m3]を表し、xは粒子径[m]を表し、gは重力加速度[m/s2]を表し、μは粘度[Pa・s]を表す。）
【００２７】
2005095860.tif 000003
【００２８】
2005095860.tif 000004
【００２９】
（実施例２）
工水、窒素の供給流量を、それぞれ、７０L／min、１２０L／minにする以外は、実施例１に準じて実施した。
中空部での気体及び液体の混合物の見掛け速度は、式（II）より、０．０９３ｍ／ｓであった。
中空部への気体及び液体の混合物の総供給量は、工水が５６０L、窒素が９６０Lであった。気体及び液体の混合物の供給停止後に、中空部内に残存するセルロースを取り出して、乾燥操作を行い、残存セルロースの重量を測定し、上記式（III）式より、移送率を求めたところ、１００％であった。
尚、反応器（１）にもセルロースろ過助剤の付着は認められなかった。
【００３０】
（実施例３）
底面がコニカルで内径が２０８ｍｍ、高さ７００ｍｍの中空部に、リチウムメトキシド（ρp＝１２４５[kg/m3]、x＝２９０×１０−６[m]）を３．５ｋｇ投入し、６０％ｎ−ヘプタン、窒素の気体及び液体の混合物を中空部の下部より供給する。６０％ｎ−ヘプタン、窒素の供給流量は、それぞれ、２００L／min、２５L／minとした。６０％ｎ−ヘプタン中のリチウムメトキシドの終末沈降速度Vｔ[m／s]は、式（I）より、０．１m／ｓであり、中空部での気体及び液体の混合物の見掛け速度は、式（II）より、０．１１ｍ／ｓであった。気体及び液体の混合物の供給停止後に、中空部内部を確認したが、残存するリチウムメトキシドはなく、残存量は０．０kgであった。式（III）より、移送率を求めたところ、１００％であった。
尚、反応器（１）にもリチウムメトキシドの付着は認められなかった。
【００３１】
（実施例４）
実施例３と同様の中空部に、リチウムメトキシドを４．５ｋｇ投入し、５５％ｎ−ヘプタン、窒素の気体及び液体の混合物を中空部の下部より供給する。５５％ｎ−ヘプタン、窒素の供給流量は、それぞれ、２２０L／min、５０L／minとした。５５％ｎ−ヘプタン中のリチウムメトキシドの終末沈降速度Vｔ[m／s]は、式（I）より、０．１m／ｓであり、中空部での気体及び液体の混合物の見掛け速度は、式（II）より、０．１３ｍ／ｓであった。気体及び液体の混合物の供給停止後に、中空部内部を確認したが、残存するリチウムメトキシドはなく、残存量は０．０kgであった。式（III）より、移送率を求めたところ、１００％であった。
尚、反応器（１）にもリチウムメトキシドの付着は認められなかった。
【００３２】
(比較例１)
水供給流量を、５８L／minとし、窒素は供給しない以外は、実施例１に準じて実施した。
中空部での気体及び液体の混合物の見掛け速度は、式（II）より、０．０２８ｍ／ｓであった。
中空部への液体の総供給量は、５６０Lであった。液体の供給停止後に、中空部（１１）内に残存するセルロースを取り出して、乾燥操作を行い、残存セルロースの重量を測定し、上記式（III）式より、移送率を求めたところ、４３．８%であった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の粒子導入装置は、染料、化成品、添加剤、薬品などの工業製品、食品などの化学品を、反応槽などの製造装置、タンクなどの貯蔵装置等に、原料などの粒子を導入する際に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】粒子導入装置の一例の断面図である。
【図２】反応器、循環ポンプ及び粒子導入装置とを具備する反応装置の一例である。
【図３】反応器、粒子導入装置、液体タンク及び循環ポンプを具備する反応装置の一例である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・反応器
２・・・循環ポンプ
３・・・液体タンク
１０・・粒子導入装置
１１・・粒子を受け入れる中空部
１２・・中空部（１１）に粒子を投入し得る粒子投入口
１３・・粒子と液体との混合物を反応器（１）に導入する配管
１４・・液体の混合物を供給する配管
１５・・気体を供給する配管
１６・・仕切り弁
１７・・反応器（１）または液体タンク（３）から液体を供給する配管
２０・・粒子導入装置と反応器とからなる反応装置
３０・・粒子導入装置、反応器及び液体タンクからなる反応装置
【図１】
2005095860.tif 000005
【図２】
2005095860.tif 000006
【図３】
2005095860.tif 000007